JP6413954B2 - 杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニット - Google Patents

Description

本発明は、杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニットに関し、詳細には、杭によって位置が固定された杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニットに関する。ここで、「杭によって位置が固定された」とは、他の部材を介さずに直接的に杭に連結されて位置が固定されている場合だけでなく、他の部材を介して間接的に杭に連結されて位置が固定されている場合も含む概念である。

港湾を高潮や津波から守るため、外波が港湾内に浸入することを防ぐ防波堤が多くの港湾において構築されている。我が国は四方を海に囲まれた海洋国家であり、防波堤についての技術開発は極めて重要な課題であるところ、２０１１年３月に発生した東北地方太平洋沖地震における大津波による大被害を踏まえ、防波堤についての技術開発が近年特に急がれている。

防波堤についての技術開発における重要なテーマの１つとして、良好な施工性を実現することが挙げられる。防波堤は、海水の存在する領域での施工となるため、陸上における構造物の構築と比べて、良好な施工性を確保することが難しいからである。

これに対し、特許文献１では、良好な施工性を実現すべく、「杭頭部が海水面直下となるように海底地盤に打設された杭と前記杭が挿入された提体を具備し、前記提体は前記杭の挿入孔を有する複数個の函体を積層して形成され、前記函体には海水が充填されていることを特徴とする着底式防波堤。」が提案されている。

特許文献１に記載の着底式防波堤においては、函体の内部に海水が充填されるため着底面の反力が小さく、軟弱地盤であっても地盤改良を必要とせず大幅な工期縮減が可能で、施工費が低減される。また、函体と杭が剛結されるため、小型起重機船が使用できるような寸法の函体に堤体を細かく分割しても大波浪に対し優れた抵抗力を有する。

特開２００４−２３８８１４号公報

しかしながら、大津波等への対策を速急に行う観点等から、防波堤等の水域構造物の構築において、さらに良好な施工性が求められている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、従来よりも良好な施工性を備えた防波堤等の水域構造物として活用できる杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニットを提供することを課題とする。

本発明は、以下の杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニットにより、前記課題を解決したものである。

即ち、本発明に係る杭式壁体構造の第１の態様は、立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されている壁体ユニットと、複数の杭と、を備えた杭式壁体構造であって、前記壁体ユニットの前記複数のさや管には、前記杭がそれぞれ差し込まれており、かつ、前記杭が差し込まれた前記さや管は前記杭と一体化されていることを特徴とする杭式壁体構造である。

ここで、壁体の壁面とは、立設した壁体の側面のうち、面積の大きい側の面のことであり、以下においても同様である。

また、「壁体に固定」とは、他の部材を介さずに直接的に壁体に連結されて位置が固定されている場合だけでなく、他の部材を介して間接的に壁体に連結されて位置が固定されている場合も含む概念であり、以下においても同様である。

また、本願において、「一体化」とは、設計で想定する断面力を伝達できるような連結状態であれば足り、設計で想定する断面力以外の力については伝達できない連結状態も含む概念である。

本発明に係る杭式壁体構造の第２の態様は、立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されている複数の壁体ユニットと、複数の杭と、を備えた杭式壁体構造であって、前記壁体ユニットは、その壁体および複数のさや管が他の前記壁体ユニットの壁体および複数のさや管とそれぞれ連結するように鉛直方向に複数積み重ねられ、鉛直方向に複数積み重ねられた前記壁体ユニットの複数のさや管にはそれぞれ前記杭が差し込まれていて、差し込まれた前記杭は最上段の前記壁体ユニットの天端付近に達しており、前記杭が差し込まれた前記さや管は前記杭と一体化されていることを特徴とする杭式壁体構造である。

前記杭に差し込まれた前記さや管と前記杭との一体化は、例えばグラウト材によりなされていてもよい。

また、前記複数のさや管の本数を２本とし、かつ、前記複数の杭の本数を２本としてもよい。

また、前記壁体を鉄筋コンクリートとしてもよい。

また、前記壁体を鋼板としてもよい。

また、前記連結部材を、トラス構造を有する部材としてもよい。

また、前記複数のさや管を鋼管とし、かつ、前記連結部材を鋼製の部材としてもよい。

また、前記杭式壁体構造は、水域にも好適に設置することができる。

ここで、水域とは、年間のほとんどの時間において水が存在する領域のことであり、例えば海、湖沼、ダム湖、河川などの領域のことを意味する。

前記水域が海の場合、前記壁体の外側の壁面が海に向かう側となるように設置してもよい。

ここで、「壁体の外側の壁面」とは、立設した壁体の壁面のうち、当該杭式壁体構造のさや管とは反対側の壁面のことである。

本発明に係る杭式壁体集合構造は、前記杭式壁体構造を複数備える杭式壁体集合構造であって、前記複数の杭式壁体構造の前記壁体の外側の壁面の形状はいずれも長方形状であり、長方形状の前記外側の壁面の側辺同士が近接して隣り合うように、かつ、前記外側の壁面が略同一の方向を向くように、前記複数の杭式壁体構造を一列に配置してなることを特徴とする杭式壁体集合構造である。

ここで、「長方形状の前記外側の壁面の側辺」とは、立設した前記壁体の長方形状の外側の壁面の４辺のうち、略鉛直方向に延びる２つの辺のことである。

また、「長方形状の前記外側の壁面の側辺同士が近接して隣り合う」とは、前記壁体の長方形状の外側の壁面の側辺同士がお互いに接触して隣り合う場合だけでなく、わずかに隙間を開けて隣り合っている場合も含む概念である。

本発明に係る壁体ユニットは、立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されていることを特徴とする壁体ユニットである。

前記壁体ユニットは、壁体構造として使用可能なように鉛直方向に複数積み重ねることができることが好ましい。

本発明に係る杭式壁体構造および杭式壁体集合構造ならびに壁体ユニットによれば、従来よりも良好な施工性を備えた防波堤等の水域構造物として活用できるだけでなく、陸上の構造物の構築にも活用できる。

防波堤として適用した本発明の第１実施形態に係る杭式壁体構造の側面図（壁体に平行な方向から見た側面図） 本発明の第１実施形態に係る杭式壁体構造を構成する構成要素である壁体ユニット１２の斜視図 本発明の第１実施形態に係る杭式壁体構造において、壁体ユニット１２の鋼板壁体１４およびさや管１６Ａを上方から見た拡大上面図 防波堤として適用した本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造の側面図（壁体に平行な方向から見た側面図） 本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造を構成する構成要素である壁体ユニット３２の斜視図 本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造において、壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４およびさや管３６Ａを上方から見た拡大上面図 本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造において、壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４およびさや管３６Ａを上方から見た拡大上面図 本発明の第３実施形態に係る杭式壁体集合構造を海側から見た正面図 本発明の第４実施形態に係る杭式壁体集合構造を海側から見た正面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態に係る杭式壁体構造）
図１は、防波堤として適用した本発明の第１実施形態に係る杭式壁体構造１０の側面図（壁体に平行な方向から見た側面図）であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る杭式壁体構造１０を構成する構成要素である壁体ユニット１２の斜視図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０は、壁体ユニット１２と、鋼管杭５０と、を備えてなり、海底１００上に設けられた捨石マウンド１０２の上に構築されている。壁体ユニット１２および鋼管杭５０は、施工地点において据え付けられて連結されるまでは別部材になっており、別々に運搬できるようになっている。

壁体ユニット１２は、図１および図２に示すように、鋼板壁体１４と、さや管１６と、固定部材１８と、連結部材２０と、を有してなる。なお、以下では、鋼板壁体１４に近い方のさや管１６には符号１６Ａを付し、鋼板壁体１４から遠い方のさや管１６には符号１６Ｂを付して説明することがある。

本第１実施形態に係る壁体ユニット１２の高さは、構築する杭式壁体構造１０の高さに応じて適宜に定めればよく、例えば５ｍ〜２０ｍ程度である。

鋼板壁体１４は、厚さが９ｍｍ〜２５ｍｍ程度で、壁面の形状が水平方向に２５００ｍｍ〜５０００ｍｍ程度、鉛直方向に５０００ｍｍ〜２００００ｍｍ程度の長方形状である鋼板からなり、外からの波力を遮断する役割を有する。

さや管１６は、断面形状が厚さ９ｍｍ〜４０ｍｍ程度、直径８００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度で、高さが５０００ｍｍ〜２００００ｍｍ程度の鋼管である。さや管１６の内側には鋼管杭５０が差し込まれるので、さや管１６の内径は鋼管杭５０の外径よりも大きいことが必要である。ただし、さや管１６の内側に鋼管杭５０を差し込むことができ、かつ、所定の強度および剛性を確保できるのであれば、さや管１６および鋼管杭５０の形状は特には限定されず、さや管１６および鋼管杭５０の形状は円筒状でなくてもよい。さや管１６は鋼管杭５０が差し込まれた後、鋼管杭５０と一体化される。したがって、さや管１６は、壁体ユニット１２を鋼管杭５０に十分に連結固定して、杭式壁体構造１０全体を安定させる役割を有する。

また、さや管１６は１つの壁体ユニット１２あたり２つあり、２つのさや管１６は鋼板壁体１４の壁面と略直交する方向に１列に配置されており、かつ、２つのさや管１６の間には連結部材２０が設けられている。２つのさや管１６は、鋼板壁体１４よりも陸に近い側に配置されている。連結部材２０は鋼材をトラス構造に組んだ構造となっており、水平力に強い構造であり、鋼板壁体１４が受けた波力（水平力）は２つのさや管１６および連結部材２０を介して２つの鋼管杭５０に十分に伝達される。したがって、本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０は、鋼板壁体１４が受けた波力（水平力）を２つのさや管１６および連結部材２０ならびに２つの鋼管杭５０で十分に抵抗できる構造となっている。このため、本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０においては、外からの波力を受けた鋼板壁体１４を安定的に支持することができ、防波堤としての機能を安定的に発揮することができる。具体的には、鋼板壁体１４が受けた波力は、２つのさや管１６および連結部材２０に伝達され、さらに２つの鋼管杭５０に伝達されて、地盤に伝達されていく。このため、外からの波力に対する抵抗力が大きく、台風等の悪天時や地震による津波襲来時にも、外からの波力を安定的に遮断することができる。

本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０においては、１つの杭式壁体構造１０あたり２つのさや管１６および２つの鋼管杭５０を配置するように構成しているが、さや管１６および鋼管杭５０が鋼板壁体１４の壁面と略直交する方向に１列に配置され、かつ、鋼板壁体１４よりも陸に近い側に配置されているのであれば、さや管１６および鋼管杭５０の本数はそれぞれ３本以上としてもよい。

連結部材２０に用いる鋼材の材質および形状は、隣り合うさや管１６同士を剛に連結でき、かつ、必要な強度および剛性が確保されていれば、特には限定されず、例えば鋼管や棒状の鋼材（鋼板を切り出して溶接によりＩ型断面にビルドアップした鋼材や既製のＨ形鋼等）を用いることができる。比較的細い部材であっても大きな水平力に抵抗できる観点および軽量化の観点から、鋼材をトラス構造に組んだ構造とすることが好ましい。ただし、構造形式はトラス構造に限定されるわけではなく、必要な強度および剛性が確保されていれば、他の構造形式（ラーメン構造等）を用いてもよい。また、必要な強度および剛性が確保されていれば、鋼以外の材質の部材（コンクリート製の部材や複合材料等）を連結部材２０に用いてもよい。

固定部材１８は鋼板壁体１４にさや管１６Ａを固定する役割を有し、鋼板壁体１４とさや管１６Ａとの間に設けられている。

鋼板壁体１４にさや管１６Ａを十分に固定できるのであれば、固定部材１８に用いる部材の形状や材質は特には限定されない。図２の固定部材１８は、鋼板１８Ａとグラウト材１８Ｂとからなる。鋼板１８Ａは鋼板壁体１４およびさや管１６Ａと溶接されており、かつ、鋼板壁体１４、さや管１６Ａの外面、および２つの鋼板１８Ａで囲まれる空間にはグラウト材１８Ｂが充填されており、鋼板壁体１４とさや管１６Ａとは、固定部材１８を介して一体的に固定されている。グラウト材１８Ｂが充填される前記空間に面する鋼板壁体１４の表面、さや管１６Ａの外面、および２つの鋼板１８Ａの表面には、グラウト材１８Ｂとの接着力を向上させるために、機械的な凹凸やスタッド等を設けてもよく、また、グラウト材１８Ｂとの間の接着力を向上させる下地剤等を塗布しておいてもよい。

なお、グラウト材１８Ｂの充填は予め陸上で行っておいてもよいが、壁体ユニット１２の重量を小さくして運搬および据え付けを容易にする観点から、海水の存在する施工地点において壁体ユニット１２を据え付けた後にグラウト材１８Ｂの充填を行ってもよい。この場合には、グラウト材１８Ｂの充填は水中での施工となるため、グラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、例えば、図３（壁体ユニット１２の鋼板壁体１４およびさや管１６Ａを上方から見た拡大上面図）に示す固定部材２２のように、鋼板壁体１４にさや管１６Ａを固定する固定部材を鋼板のみから構成してもよい。固定部材２２は、鉛直方向に配置されたフランジ鋼板２２Ａと、水平方向に配置されたリブ鋼板２２Ｂとからなり、フランジ鋼板２２Ａおよびリブ鋼板２２Ｂは溶接されてお互いに連結されているとともに、鋼板壁体１４およびさや管１６Ａに溶接により取り付けられている。リブ鋼板２２Ｂは複数設けられており、鉛直方向に所定の間隔を開けて配置されている。フランジ鋼板２２Ａおよびリブ鋼板２２Ｂの厚さならびにリブ鋼板２２Ｂの配置ピッチは、鋼板壁体１４に要求される強度および剛性に応じて適宜に定めればよい。

鋼管杭５０は円筒状の鋼管であり、所定の支持力が確保できる深さまで地中に打ち込まれており、壁体ユニット１２を下方から支持して杭式壁体構造１０を安定させて、台風等の悪天時や地震による津波襲来時にも杭式壁体構造１０全体が移動や転倒することのないようにする役割を有する。図１に示すように、鋼管杭５０の下部は地中に打ち込まれているが、鋼管杭５０の上部は海底１００上に設けられた捨石マウンド１０２よりも上部に突出している。捨石マウンド１０２よりも上部に突出した鋼管杭５０の部位は壁体ユニット１２のさや管１６の内側に差し込まれており、さや管１６の内側に差し込まれた鋼管杭５０の部位の外面とさや管１６の内面との間にはグラウト材が充填されて一体化されている。グラウト材が充填される空間に面するさや管１６の内面および鋼管杭５０の外面には、グラウト材との接着力を向上させるために、機械的な凹凸やスタッド等を設けてもよく、また、グラウト材との間の接着力を向上させる下地剤等を塗布しておいてもよい。グラウト材の充填は水中での施工となるため、グラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、鋼管杭５０の内側には、補強のためにコンクリートを打設することが好ましく、本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０では、鋼管杭５０の内側にコンクリートが打設されている。鋼管杭５０の内側へのコンクリートの打設も水中での施工となるため、コンクリートとしては、水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

なお、本第１実施形態に係る杭式壁体構造１０では、杭として、鋼管杭５０を用いているが、本発明に適用可能な杭は鋼管杭に限定されるわけではなく、本発明においては、例えばＨ形の鋼材を杭として用いることもできる。また、本発明に適用可能な杭の材質は鋼に限定されるわけではなく、例えばコンクリート製の杭等を用いることもできる。

また、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０では、壁体として、鋼板である鋼板壁体１４を用いているが、必要な強度および剛性が確保されていれば、鋼板以外の部材を壁体として用いてもよい。例えば、鉄筋コンクリート製の壁体を用いることも可能である。ただし、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０において用いる壁体ユニット１２は、次に説明する第２実施形態に係る杭式壁体構造のように複数の壁体ユニットを積み重ねて使用するわけではないため、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０において用いる壁体ユニット１２の高さは高くなる。このため、重量が大きくなりすぎることを防いで良好な施工性を確保する観点から、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０においては、壁体として、鋼板である鋼板壁体１４を用いることが好ましい。

鋼管杭５０の上端の納まりについては、鋼管杭５０の上端をさや管１６の上端よりも少し低くし、鋼管杭５０の上端を上方から覆う取り外し可能なゴムパッキン等を配置し、さらにその上方に養生材を配置し、さらに養生材を上方から覆う取り外し可能な蓋を設けてもよい。ゴムパッキンは、鋼管杭５０の上端に直接接して鋼管杭５０の上端を保護するが、鋼管杭５０の上端を保護できる養生であればゴムパッキンでなくてもよい。ただし、鋼管杭５０の上端に直接接する養生材はゴムパッキンのように柔軟性のある材質のものが好ましい。また、養生材を上方から覆う取り外し可能な蓋の材質は特に限定されず、例えばコンクリート製または鋼製とすることができる。鋼管杭５０の上端の納まりをこのようにした場合、将来、鋼管杭５０の長さを延長することが必要となった場合（杭式壁体構造１０の高さを高くすることが必要となった場合）でも、条件によっては対応が可能となる。

また、鋼管杭５０の内側に充填するコンクリートまたは鋼管杭５０とさや管１６との間に充填するグラウト材を鋼管杭５０の上端よりも上まで充填してしまい、鋼管杭５０の上端をコンクリートやグラウト材で覆ってしまってもよい。このようにした場合、将来、鋼管杭５０の長さを延長することが難しくなるが、前記した養生（ゴムパッキン、養生材、蓋）よりも施工に手間がかからず工事費の低減につながる。

また、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０の上部には、図１に示すように、床版９０が設けられており、人が通行できるようになっている。床版９０は現場打ちコンクリートで作製してなる鉄筋コンクリートである。

第１実施形態に係る杭式壁体構造１０の施工においては、まず鋼管杭５０を施工地点の海底１００に所定の深さまで打ち込んだ後、打ち込んだ鋼管杭５０の周囲の海底１００上に捨石マウンド１０２を構築する。用いる鋼管杭５０の長さは、海底１００に打ち込む深さおよび構築する杭式壁体構造１０の高さに応じて決定する。

次に、陸上の工場で製作した壁体ユニット１２を台船で施工地点まで水上輸送する。施工地点において壁体ユニット１２を起重機船または陸上クレーン等により持ち上げ、壁体ユニット１２のさや管１６に、鋼管杭５０が差し込まれるように、壁体ユニット１２を捨石マウンド１０２の上に据え付ける。

次に、鋼管杭５０とさや管１６との間にグラウト材を充填し、鋼管杭５０とさや管１６を一体化する。用いるグラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、必要に応じ、鋼管杭５０の中空部に水中不分離性コンクリートを充填する。

以上説明したように、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０の施工においては、施工地点の海底１００に所定の深さまで打ち込んだ所定の長さの鋼管杭５０の、捨石マウンド１０２よりも上の部位が、壁体ユニット１２のさや管１６に差し込まれるように、壁体ユニット１２を捨石マウンド１０２の上に据え付け、鋼管杭５０とさや管１６との間にグラウト材を充填し、鋼管杭５０とさや管１６を一体化するだけで、主要部分の施工が完了するため、施工性が極めてよい。

以上、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０について説明したが、以上の説明においては、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０を防波堤として用いる場合を想定している。しかしながら、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０の適用対象は防波堤に限られるわけではなく、防波堤以外の水域構造物も適用対象とすることができる。さらには水域構造物以外の陸上構造物（例えば、地盤を保持するための壁体や土石流防止のための壁体）も適用対象とすることができる。

（第２実施形態に係る杭式壁体構造）
図４は、防波堤として適用した本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造３０の側面図（壁体に平行な方向から見た側面図）であり、図５は、本発明の第２実施形態に係る杭式壁体構造３０を構成する構成要素である壁体ユニット３２の斜視図である。

第２実施形態に係る杭式壁体構造３０は、複数の壁体ユニット３２を鉛直方向に複数積み重ねて構成されており、この点が第１実施形態に係る杭式壁体構造１０と相違する。それ以外の点については、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０は第１実施形態に係る杭式壁体構造１０と概ね同様であるので、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０と対応する同様の構成については同一の符号を付し、説明は省略する場合がある。

図４に示すように、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０は、複数の壁体ユニット３２と、鋼管杭５０と、を備えてなり、海底１００上に設けられた捨石マウンド１０２の上に構築されている。複数の壁体ユニット３２および鋼管杭５０は、施工地点において据え付けられて連結されるまでは別部材になっており、別々に運搬できるようになっている。

壁体ユニット３２は、図４および図５に示すように、ＲＣ壁体３４と、さや管３６と、固定部材３８と、連結部材４０と、を有してなる。なお、以下では、ＲＣ壁体３４に近い方のさや管３６には符号３６Ａを付し、ＲＣ壁体３４から遠い方のさや管３６には符号３６Ｂを付して説明することがある。

本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０は、壁体ユニット３２を複数段積み重ねて構築する。壁体ユニット３２の高さおよび積み重ねる段数は、構築する杭式壁体構造３０の高さに応じて適宜に定めればよく、壁体ユニット３２の高さは、例えば１．５ｍ〜３．０ｍ程度に設定することができる。複数段積み重ねた壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４同士の間には水中不分離性モルタル等を充填して、隙間を塞ぐようにしてもよい。

ＲＣ壁体３４は、厚さが２５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度で、壁面の形状が水平方向に２５００ｍｍ〜５０００ｍｍ程度、鉛直方向に１５００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度の長方形状である鉄筋コンクリート版からなり、外からの波力を遮断する役割を有する。

さや管３６は、断面形状が厚さ９ｍｍ〜４０ｍｍ程度、直径８００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度で、高さが１５００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度の鋼管である。さや管３６の内側には鋼管杭５０が差し込まれるので、さや管３６の内径は鋼管杭５０の外径よりも大きいことが必要である。ただし、さや管３６の内側に鋼管杭５０を差し込むことができ、かつ、所定の強度および剛性を確保できるのであれば、さや管３６および鋼管杭５０の形状は特には限定されず、さや管３６および鋼管杭５０の形状は円筒状でなくてもよい。さや管３６は鋼管杭５０が差し込まれた後、鋼管杭５０と一体化される。したがって、さや管３６は、壁体ユニット３２を鋼管杭５０に十分に連結固定して、杭式壁体構造３０全体を安定させる役割を有する。

また、さや管３６は１つの壁体ユニット３２あたり２つあり、２つのさや管３６はＲＣ壁体３４の壁面と略直交する方向に１列に配置されており、かつ、２つのさや管３６の間には連結部材４０が設けられている。２つのさや管３６は、ＲＣ壁体３４よりも陸に近い側に配置されている。連結部材４０は鋼材をトラス構造に組んだ構造となっており、水平力に強い構造であり、ＲＣ壁体３４が受けた波力（水平力）は２つのさや管３６および連結部材４０を介して２つの鋼管杭５０に十分に伝達される。したがって、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０は、ＲＣ壁体３４が受けた波力（水平力）を２つのさや管３６および連結部材４０ならびに２つの鋼管杭５０で十分に抵抗できる構造となっている。このため、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０においては、外からの波力を受けたＲＣ壁体３４を安定的に支持することができ、防波堤としての機能を安定的に発揮することができる。具体的には、ＲＣ壁体３４が受けた波力は、２つのさや管３６および連結部材４０に伝達され、さらに２つの鋼管杭５０に伝達されて、地盤に伝達されていく。このため、外からの波力に対する抵抗力が大きく、台風等の悪天時や地震による津波襲来時にも、外からの波力を安定的に遮断することができる。

本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０においては、１つの壁体ユニット３２あたり２つのさや管３６および２つの鋼管杭５０を配置するように構成しているが、さや管３６および鋼管杭５０がＲＣ壁体３４の壁面と略直交する方向に１列に配置され、かつ、ＲＣ壁体３４よりも陸に近い側に配置されているのであれば、さや管３６および鋼管杭５０の本数はそれぞれ３本以上としてもよい。

連結部材４０に用いる鋼材の材質および形状は、隣り合うさや管３６同士を剛に連結でき、かつ、必要な強度および剛性が確保されていれば、特には限定されず、例えば鋼管や棒状の鋼材（鋼板を切り出して溶接によりＩ型断面にビルドアップした鋼材や既製のＨ形鋼等）を用いることができる。連結部材４０は、比較的細い部材であっても大きな水平力に抵抗できる観点から、鋼材をトラス構造に組んだ構造とすることが好ましい。ただし、構造形式はトラス構造に限定されるわけではなく、必要な強度および剛性が確保されていれば、他の構造形式（ラーメン構造等）を用いてもよい。また、必要な強度および剛性が確保されていれば、鋼以外の材質の部材（コンクリート製の部材や複合材料等）を連結部材４０に用いてもよい。

固定部材３８はＲＣ壁体３４にさや管３６Ａを固定する役割を有し、ＲＣ壁体３４とさや管３６Ａとの間に設けられている。

ＲＣ壁体３４にさや管３６Ａを十分に固定できるのであれば、固定部材３８に用いる部材の形状や材質は特には限定されない。図５の固定部材３８は、鋼板３８Ａとグラウト材３８Ｂとからなる。鋼板３８Ａの一端はＲＣ壁体３４の中に埋め込まれて定着されており、鋼板３８Ａの他端はさや管３６Ａと溶接されており、かつ、ＲＣ壁体３４、さや管３６Ａの外面、および２つの鋼板３８Ａで囲まれる空間にはグラウト材３８Ｂが充填されており、ＲＣ壁体３４とさや管３６Ａとは、固定部材３８を介して一体的に固定されている。グラウト材３８Ｂが充填される前記空間に面するＲＣ壁体３４の表面、さや管３６Ａの外面、および２つの鋼板３８Ａの表面には、グラウト材３８Ｂとの接着力を向上させるために、機械的な凹凸やスタッド等を設けてもよく、また、グラウト材３８Ｂとの間の接着力を向上させる下地剤等を塗布しておいてもよい。

なお、グラウト材３８Ｂの充填は予め陸上で行っておいてもよいが、壁体ユニット３２の重量を小さくして運搬および据え付けを容易にする観点から、海水の存在する施工地点において壁体ユニット３２を据え付けた後にグラウト材３８Ｂの充填を行ってもよい。この場合には、グラウト材３８Ｂの充填は水中での施工となるため、グラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、例えば、図６（壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４およびさや管３６Ａを上方から見た拡大上面図）に示す固定部材４２および図７（壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４およびさや管３６Ａを上方から見た拡大上面図）に示す固定部材４４のように、ＲＣ壁体３４にさや管３６Ａを固定する固定部材を鋼材のみから構成してもよい。

図６に示す固定部材４２は、鉛直方向かつＲＣ壁体３４の壁面に直交する方向に配置されたブラケット鋼板４２Ａと、鉛直方向かつＲＣ壁体３４の壁面に沿う方向に配置された当て鋼板４２Ｂと、当て鋼板４２Ｂの表面に溶接されたスタッド４２Ｃとからなる。スタッド４２Ｃは、ＲＣ壁体３４作製のためのコンクリート打設時にＲＣ壁体３４内に埋め込まれ、当て鋼板４２ＢはＲＣ壁体３４の壁面に沿うように配置され、ＲＣ壁体３４のコンクリートと付着している。スタッド４２Ｃは図６では鉛直方向に２列に設けられているが、設計条件に応じて鉛直方向に３列以上に設けてもよく、また、千鳥状に設けてもよい。また、スタッド４２Ｃの配置ピッチも設計条件に応じて適宜に設定すればよい。

図７に示す固定部材４４は、鋼板をＨ形に溶接で組み立ててなるＨ形の鋼材であって長手方向が鉛直方向になるように配置されており、図７に示すように、固定部材４４のフランジ部４４Ａの一端側はさや管３６Ａの外面に溶接されて取り付けられており、フランジ部４４Ａの他端側は、ＲＣ壁体３４作製のためのコンクリート打設時にＲＣ壁体３４内に埋め込まれている。ウェブ部４４ＢはＲＣ壁体３４の壁面に沿うように配置され、ＲＣ壁体３４のコンクリートと付着している。ＲＣ壁体３４に埋め込まれたフランジ部４４ＡにはＲＣ壁体３４の鉄筋が貫通できるような貫通孔が設けられており、該貫通孔にはＲＣ壁体３４の鉄筋３４Ａが挿通されている。Ｈ形の鋼材である固定部材４４の寸法ならびにフランジ部４４Ａおよびウェブ部４４Ｂの板厚は設計条件に応じて適宜に設定すればよい。

鋼管杭５０は円筒状の鋼管であり、所定の支持力が確保できる深さまで地中に打ち込まれており、壁体ユニット３２を下方から支持して杭式壁体構造３０を安定させて、台風等の悪天時や地震による津波襲来時にも杭式壁体構造３０全体が移動や転倒することのないようにする役割を有する。図４に示すように、鋼管杭５０の下部は地中に打ち込まれているが、鋼管杭５０の上部は海底１００上に設けられた捨石マウンド１０２よりも上部に突出している。捨石マウンド１０２よりも上部に突出した鋼管杭５０の部位は壁体ユニット３２のさや管３６の内側に差し込まれており、さや管３６の内側に差し込まれた鋼管杭５０の部位の外面とさや管１６の内面との間にはグラウト材が充填されて一体化されている。グラウト材が充填される空間に面するさや管１６の内面および鋼管杭５０の外面には、グラウト材との接着力を向上させるために、機械的な凹凸やスタッド等を設けてもよく、また、グラウト材との間の接着力を向上させる下地剤等を塗布しておいてもよい。グラウト材の充填は水中での施工となるため、グラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、鋼管杭５０の内側には、補強のためにコンクリートを打設することが好ましく、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０では、鋼管杭５０の内側にコンクリートが打設されている。鋼管杭５０の内側へのコンクリートの打設も水中での施工となるため、コンクリートとしては、水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

なお、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０では、杭として、鋼管杭５０を用いているが、本発明に適用可能な杭は鋼管杭に限定されるわけではなく、本発明においては、例えばＨ形の鋼材を杭として用いることもできる。また、本発明に適用可能な杭の材質は鋼に限定されるわけではなく、例えばコンクリート製の杭等を用いることもできる。

また、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０では、壁体として、鉄筋コンクリート版であるＲＣ壁体３４を用いているが、必要な強度および剛性が確保されていれば、鉄筋コンクリート版以外の部材を壁体として用いてもよい。例えば、鋼板製の壁体を用いることも可能であり、鋼板製の壁体を用いた場合には、壁体ユニット３２の重量をより小さくすることができる。

鋼管杭５０の上端の納まりについては、鋼管杭５０の上端を最上段の壁体ユニット３２のさや管３６の上端よりも少し低くし、鋼管杭５０の上端を上方から覆う取り外し可能なゴムパッキン等を配置し、さらにその上方に養生材を配置し、さらに養生材を上方から覆う取り外し可能な蓋を設けてもよい。ゴムパッキンは、鋼管杭５０の上端に直接接して鋼管杭５０の上端を保護するが、鋼管杭５０の上端を保護できる養生であればゴムパッキンでなくてもよい。ただし、鋼管杭５０の上端に直接接する養生材はゴムパッキンのように柔軟性のある材質のものが好ましい。また、養生材を上方から覆う取り外し可能な蓋の材質は特に限定されず、例えばコンクリート製または鋼製とすることができる。鋼管杭５０の上端の納まりをこのようにした場合、将来、鋼管杭５０の長さを延長することが必要となった場合（杭式壁体構造３０の高さを高くすることが必要となった場合）でも、条件によっては対応が可能となる。

また、鋼管杭５０の内側に充填するコンクリートまたは鋼管杭５０とさや管３６との間に充填するグラウト材を鋼管杭５０の上端よりも上まで充填してしまい、鋼管杭５０の上端をコンクリートやグラウト材で覆ってしまってもよい。このようにした場合、将来、鋼管杭５０の長さを延長することが難しくなるが、前記した養生（ゴムパッキン、養生材、蓋）よりも施工に手間がかからず工事費の低減につながる。

また、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０の上部には、図４に示すように、床版９０が設けられており、人が通行できるようになっている。床版９０は現場打ちコンクリートで作製してなる鉄筋コンクリートである。

第２実施形態に係る杭式壁体構造３０の施工においては、まず鋼管杭５０を施工地点の海底１００に所定の深さまで打ち込んだ後、打ち込んだ鋼管杭５０の周囲の海底１００上に捨石マウンド１０２を構築する。用いる鋼管杭５０の長さは、海底１００に打ち込む深さおよび構築する杭式壁体構造３０の高さに応じて決定する。

次に、陸上の工場で製作した壁体ユニット３２を台船で施工地点まで水上輸送する。施工地点において壁体ユニット３２を起重機船または陸上クレーン等により持ち上げ、壁体ユニット３２のさや管３６に、鋼管杭５０が差し込まれるように、壁体ユニット３２を捨石マウンド１０２の上に据え付ける。そして、さらに所定の段数に達するまで壁体ユニット３２を積み上げていく。複数段積み重ねた壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４同士の間には水中不分離性モルタル等を充填して、隙間を塞ぐようにしてもよい。

次に、鋼管杭５０とさや管１６との間にグラウト材を充填し、鋼管杭５０とさや管１６を一体化する。用いるグラウト材としては、水中不分離性セメントミルク、水中不分離性モルタルまたは水中不分離性コンクリートを用いることが好ましい。

また、必要に応じ、鋼管杭５０の中空部に水中不分離性コンクリートを充填する。

以上説明したように、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０の施工においては、施工地点の海底１００に所定の深さまで打ち込んだ所定の長さの鋼管杭５０の、捨石マウンド１０２よりも上の部位が、壁体ユニット３２のさや管３６に差し込まれるように、壁体ユニット３２を捨石マウンド１０２の上に据え付け、そして、さらに所定の段数に達するまで壁体ユニット３２を積み上げていった後、鋼管杭５０とさや管３６との間にグラウト材を充填し、鋼管杭５０とさや管３６を一体化するだけで、主要部分の施工が完了するため、施工性が極めてよい。

さらに、本第２実施形態に係る杭式壁体構造３０においては、壁体ユニット３２を鉛直方向に複数積み重ねるので、壁体ユニット３２の高さを小さくすることができる。このため、壁体ユニット３２の重量をより軽くすることができ、運搬に用いる台船や据え付けに用いるクレーンも小型化することができ、水深の浅い地点でも施工をより容易に行うことができる。特に、壁体ユニット３２のＲＣ壁体３４に替えて、壁体として鋼板を用いた場合には、壁体ユニット３２の重量をより軽くすることができ、より施工性が向上する。

以上、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０について説明したが、以上の説明においては、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０を防波堤として用いる場合を想定している。しかしながら、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０の適用対象は防波堤に限られるわけではなく、防波堤以外の水域構造物も適用対象とすることができる。さらには水域構造物以外の陸上構造物（例えば、地盤を保持するための壁体や土石流防止のための壁体）も適用対象とすることができる。

（第３実施形態に係る杭式壁体集合構造）
本発明の第３実施形態に係る杭式壁体集合構造は、第１実施形態に係る杭式壁体構造１０を複数備える杭式壁体集合構造６０である。図８は、杭式壁体集合構造６０を海側から見た正面図である。杭式壁体構造１０の鋼板壁体１４の外側の壁面の形状はいずれも長方形状であり、前記したように、壁面の形状は水平方向に２５００ｍｍ〜５０００ｍｍ程度、鉛直方向に５０００ｍｍ〜２００００ｍｍ程度の長方形状である。この長方形状の外側の壁面（さや管１６とは反対側に位置する壁面（海に向かう側の壁面））の側辺（立設した鋼板壁体１４の長方形状の外側の壁面の４辺のうち、略鉛直方向に延びる２つの辺）同士が近接して隣り合うように、かつ、この外側の壁面が略同一の方向を向くように、複数の杭式壁体構造１０を一列に配置して、杭式壁体集合構造６０は構成されている。近接して隣り合う側辺同士の間に隙間が生じる場合にはシール材等で隙間を埋めてもよい。

杭式壁体集合構造６０を構成する杭式壁体構造１０の数には特に制限はなく、構築すべき構造物の規模に応じて一列に配置する杭式壁体構造１０の数を決定すればよい。また、杭式壁体集合構造６０の適用対象は防波堤に限られるわけではなく、防波堤以外の水域構造物も適用対象とすることができる。さらには水域構造物以外の陸上構造物（例えば、地盤を保持するための壁体や土石流防止のための壁体）も適用対象とすることができる。

（第４実施形態に係る杭式壁体集合構造）
本発明の第４実施形態に係る杭式壁体集合構造は、第２実施形態に係る杭式壁体構造３０を複数備える杭式壁体集合構造７０である。図９は、杭式壁体集合構造７０を海側から見た正面図である。杭式壁体構造３０のＲＣ壁体３４の外側の壁面の形状はいずれも長方形状であり、前記したように、壁面の形状は水平方向に２５００ｍｍ〜５０００ｍｍ程度、鉛直方向に１５００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度の長方形状である。この長方形状の外側の壁面（さや管３６とは反対側に位置する壁面（海に向かう側の壁面））の側辺（立設したＲＣ壁体３４の長方形状の外側の壁面の４辺のうち、略鉛直方向に延びる２つの辺）同士が近接して隣り合うように、かつ、この外側の壁面が略同一の方向を向くように、複数の杭式壁体構造３０を一列に配置して、杭式壁体集合構造７０は構成されている。近接して隣り合う側辺同士の間に隙間が生じる場合にはシール材等で隙間を埋めてもよい。

杭式壁体集合構造７０を構成する杭式壁体構造３０の数には特に制限はなく、構築すべき構造物の規模に応じて一列に配置する杭式壁体構造３０の数を決定すればよい。また、杭式壁体集合構造７０の適用対象は防波堤に限られるわけではなく、防波堤以外の水域構造物も適用対象とすることができる。さらには水域構造物以外の陸上構造物（例えば、地盤を保持するための壁体や土石流防止のための壁体）も適用対象とすることができる。

１０、３０…杭式壁体構造
１２、３２…壁体ユニット
１４…鋼板壁体
１６、１６Ａ、１６Ｂ、３６、３６Ａ、３６Ｂ…さや管
１８、２２、３８、４２、４４…固定部材
１８Ａ、３８Ａ…鋼板
１８Ｂ、３８Ｂ…グラウト材
２０、４０…連結部材
２２Ａ…フランジ鋼板
２２Ｂ…リブ鋼板
３４…ＲＣ壁体
３４Ａ…鉄筋
４２Ａ…ブラケット鋼板
４２Ｂ…当て鋼板
４２Ｃ…スタッド
４４Ａ…フランジ部
４４Ｂ…ウェブ部
５０…鋼管杭
６０、７０…杭式壁体集合構造
９０…床版
１００…海底
１０２…捨石マウンド

Claims (15)

1. 立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されている壁体ユニットと、
   複数の杭と、
   を備えた杭式壁体構造であって、
   前記壁体ユニットの前記複数のさや管には、前記杭がそれぞれ差し込まれており、かつ、前記杭が差し込まれた前記さや管は前記杭と一体化されていることを特徴とする杭式壁体構造。
2. 立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されている複数の壁体ユニットと、
   複数の杭と、
   を備えた杭式壁体構造であって、
   前記壁体ユニットは、その壁体および複数のさや管が他の前記壁体ユニットの壁体および複数のさや管とそれぞれ連結するように鉛直方向に複数積み重ねられ、鉛直方向に複数積み重ねられた前記壁体ユニットの複数のさや管にはそれぞれ前記杭が差し込まれていて、差し込まれた前記杭は最上段の前記壁体ユニットの天端付近に達しており、
   前記杭が差し込まれた前記さや管は前記杭と一体化されていることを特徴とする杭式壁体構造。
3. 前記杭に差し込まれた前記さや管は前記杭とグラウト材により一体化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の杭式壁体構造。
4. 前記複数のさや管の本数は２本であり、かつ、前記複数の杭の本数は２本であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の杭式壁体構造。
5. 前記壁体は鉄筋コンクリートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の杭式壁体構造。
6. 前記壁体は鋼板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の杭式壁体構造。
7. 前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接する近接さや管は鋼管であり、前記近接さや管と前記壁体とは、複数の固定鋼板とグラウト材からなる固定部材を介して固定されており、
   前記複数の固定鋼板は、それぞれ、一方の側端部が前記壁体に溶接されており、他方の側端部が前記近接さや管に溶接されており、
   前記壁体、前記近接さや管、および前記複数の固定鋼板で囲まれる空間にはグラウト材が充填されていることを特徴とする請求項６に記載の杭式壁体構造。
8. 前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接する近接さや管は鋼管であり、前記近接さや管と前記壁体とは、鉛直方向に配置されたフランジ鋼板と、水平方向に配置されたリブ鋼板とからなる固定部材を介して固定されており、
   前記フランジ鋼板および前記リブ鋼板は溶接されてお互いに連結されているとともに、前記壁体および前記近接さや管に溶接により取り付けられており、
   前記リブ鋼板は複数設けられており、鉛直方向に所定の間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項６に記載の杭式壁体構造。
9. 前記連結部材はトラス構造を有する部材であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の杭式壁体構造。
10. 前記複数のさや管は鋼管であり、かつ、前記連結部材は鋼製の部材であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の杭式壁体構造。
11. 水域に設置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の杭式壁体構造。
12. 前記水域は海であり、前記壁体の外側の壁面が海に向かう側となるように設置されていることを特徴とする請求項１１に記載の杭式壁体構造。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の杭式壁体構造を複数備える杭式壁体集合構造であっ
    て、
    前記複数の杭式壁体構造の前記壁体の外側の壁面の形状はいずれも長方形状であり、
    長方形状の前記外側の壁面の側辺同士が近接して隣り合うように、かつ、前記外側の壁面が略同一の方向を向くように、前記複数の杭式壁体構造を一列に配置してなることを特徴とする杭式壁体集合構造。
14. 立設した壁体および立設した複数のさや管を備え、前記複数のさや管は前記壁体の壁面と略直交する方向に１つの列のみになるように配置され、かつ前記複数のさや管のうち前記壁体に最も近接するさや管は前記壁体に該壁体の幅方向の略中央で固定されており、さらに前記複数のさや管のうち隣り合うさや管同士は連結部材を介して剛に連結されていることを特徴とする壁体ユニット。
15. 壁体構造として使用可能なように鉛直方向に複数積み重ねることができることを特徴とする請求項１４に記載の壁体ユニット。

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